不同棕化藥水及阻焊前處理對插入損耗的影響研究

鄒冬輝 王立剛 陶錦濱 葉 霖 王 鋒

（深圳強達電路股份有限公司，廣東 深圳 518103）

0 引言

現代通信已進入5G 時代，正邁向6G 建設。印制電路板（printed circuit board，PCB）成為高速信號傳輸的關鍵一環，對應的介質損耗、導體損耗、輻射損耗會隨著傳輸頻率的升高而升高。因此，為達到信號良好輸送的目的，降低損耗便成了PCB 制造商持久追求的目標。他們通過不斷開發更低介電常數（Dk）、介質損耗（Df）的基材，搭配更低粗糙度銅箔和采用低粗化藥水等途徑力求降低損耗。

本文通過試驗2 種板材對比A 公司推出的高速棕化藥水、普通棕化藥水對插損的差異。另外針對幾種適用阻焊前處理的工藝進行對比測試，得到阻焊前處理加工后的插損測試數據，為高速PCB產品提供參考數據。

1 損耗相關概念

1.1 插入損耗

PCB 傳輸的插入損耗主要由介質損耗、導體損耗和輻射損耗三部分組成。其中，介質損耗是指電場通過介質時，由于介質分子交替極化和晶格不斷碰撞而產生的熱損耗，其數值主要與Dk、Df有關，介質損耗與Dk、Df成正比。導體損耗包括平滑導體損耗和粗糙損耗，都與導體導電系數有關，導體導電系數越大越利于降低導體損耗。平滑導體損耗是假設導體完全光滑的理想情況下的導體損耗，模型越大，即介厚、線寬、銅厚等越大，平滑導體損耗越小。

粗糙損耗是導體因表面粗糙而帶入的損耗，表面積/投影面積（RSAI）越小，粗糙損耗越小。輻射損耗是場結構開放性或半開放性導致的電磁波輻射損耗，對微帶線影響尤為明顯。輻射損耗與材料的厚度、材料的Dk有關，介厚越小、Dk越大，輻射損耗越小。

1.2 趨膚效應

當交變電流通過導體時，電流將集中在導體表面流過，這種現象叫趨膚效應。電流或電壓以頻率較高的電子在導體中傳導時，會聚集于導體表層，而且頻率越高趨膚程度越大，見表1。

表1 不同頻率對應的趨膚深度

2 試驗方案

試驗針對PCB 加工中內層棕化以及阻焊前處理粗化處理流程進行對比試驗。在M6、M7 材料的基礎上，對比不同粗化條件對于信號傳輸中插損的影響大小并得出較優粗化處理方案。

本次試驗所使用的板材為TU-883、TU-933+銅箔，壓合銅箔統一使用HVLP1 銅箔；內層棕化藥水采用A 公司常規棕化藥水M、高速棕化藥水H，具體帶狀線棕化對比試驗設計及對比內容見表2。表2中，線阻值設計為100 Ω差分。

表2 棕化藥水測試方案

對比外層不同阻焊前處理方式，化金后測試微帶線插損差異表現，見表3。測量插損數據采用矢量網絡分析儀（N5225B），處理軟件PLTS，用測試方法IPC TM-650 2.5.5.12。

表3 阻焊前處理對比測試方案

3 測試結果與分析

3.1 不同棕化藥水對銅面處理及對應插損表現

采用2 種棕化藥水進行處理后所產生的表面形態是不一樣的，數據見表4，外觀形貌見表5。可以看出，銅面在普通棕化藥水M 處理之后，銅面的蜂窩狀相對于高速藥水H 處理后明顯。測試出來的RSAI 數據的差異值在數據上也可以看出，普通棕化藥水M的粗化程度大于高速藥水H。

表4 不同棕化藥水處理后數據

表5 不同棕化藥水處理后外觀形貌

具體插損數據見表6 和圖1，無論是TU-883還是TU-933+板材，采用高速藥水H 處理后的帶狀線對比常規棕化藥水M均有改善。結合RSAI以及掃描電子顯微鏡（scanning electronic microscopy，SEM）SEM 圖對比，高速藥水H 的RSAI更低，SEM 圖上高速藥水H處理后的銅面明顯蜂窩狀結構少于普通藥水M，關聯插損測試結果也一致。

圖1 不同棕化藥水處理后帶狀線插損差異對比

表6 不同棕化藥水帶狀線插損數據對比

由表6 可見，TU-883 在12.89 GHz 時，高速藥水H（微蝕量1.1 μm）較普通藥水M（微蝕量1.7 μm）改善比例為8.11% ；TU-933+在16 GHz 時，高速藥水H（微蝕量1.1 μm）較普通藥水M（微蝕量1.7 μm）改善比例為5.64%。

相同的微蝕量下以約1 μm 微蝕量為對比參照，TU-883 在12.89 GHz 時，高速藥水H 較普通藥水M 的改善比例為3.56%，TU-933+在16 GHz時，高速藥水H 較普通藥水M 的改善比例為2.99%。

3.2 不同阻焊前處理測試結果

實測不同阻焊前處理后對比插損數據見表7和圖2。對比3 種物理銅面處理方式，噴砂線得到的插損最小，其次是火山灰磨板線，得到的插損略低于阻焊磨板線。

圖2 不同阻焊前處理處理后微帶線插損差異對比

表7 不同阻焊前處理處理后微帶線插損數據對比

4 結論

本文以M6、M7 等級材料TU-833、TU-933+為載體設計插損測試板，對比試驗不同棕化藥水處理帶狀線，試驗使用不同阻焊前處理加工的微帶線插損的差異，最后得出結論如下。

（1）A 公司的高速棕化藥水H 較普通棕化藥水M 處理后的帶狀線插損要更小。常規對比（高速棕化藥水H 微蝕量1.1 μm，普通棕化藥水M 微蝕量1.7 μm）：高速棕化藥水H 改善TU-933+板材插損約5.64%（16 GHz），高速棕化藥水H 改善TU-883板材插損約8.11%（12.89GHz）；相同微蝕量（微蝕量約1.0 μm）對比，高速棕化藥水H 改善TU-933+板材插損約2.99%（16 GHz），高速棕化藥水H 改善TU-883 板材插損約3.56%（12.89 GHz）。

（2）幾種阻焊前處理對比。對比常規阻焊磨板線，噴砂線降低插損的性能最優：噴砂線降低插損約2.06%（16 GHz）（TU-933+板材），噴砂線降低插損約3.08%（12.89 GHz）（TU-883 板材）。阻焊前處理降低插損優先順序：噴砂線＞火山灰磨板線＞阻焊磨板線。